Реферати

Реферат: Залежність інтенсивності дихання рослинних продуктів від температури

Організація бухгалтерського обліку й аудита в ОАО ЧПФ "Букет Чувашії". Економічна характеристика підприємства ОАО ЧПФ "Букет Чувашії"; облік і аудит коштів, зобов'язань і розрахунків, фінансових інвестицій, кредитів банку, основних засобів, готової продукції. Автоматизована обробка економічної інформації.

Проблеми національної економіки республіки Бєларус. Загальна характеристика економічної ситуації в Республіці Бєларусь, динаміка виробництва валового внутрішнього продукту. Основні соціально-економічні показники і їхні зміни. Торговий баланс: співвідношення експорту й імпорту; інноваційний розвиток.

Дослідження системи гемостазу при екстракорпоральном заплідненні. Абсолютна, первинна і вторинна жіноча безплідність. Допоміжні репродуктивні технології: интрацитоплазматическая ін'єкція сперматозоїда і екстракорпоральное запліднення. Сосудисто-тромбоцитарний гемостаз при лікуванні безплідності методом ЕКО.

Методи визначення економічного збитку від забруднення навколишнього середовища. Оцінка економічного збитку від забруднення навколишнього середовища. Існуюча система економічної оцінки. Підходи до оцінки збитку.

Філософські підстави буддизму. Релігійно-філософське навчання, що виникло в Індії, одна з трьох головних религий Китаю. Історія розвитку буддизму в Індії. Життя засновника буддизму Сиддхартхи, чи Гаутами Будди. Філософські підстави буддизму: Дхарма, чотири шляхетні істини.

МОСКОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ПРИКЛАДНОЇ БІОТЕХНОЛОГІЇ

КАФЕДРА ХОЛОДИЛЬНОЇ ТЕХНІКИ І ТЕХНОЛОГІЇ

ТЕМА КУРСОВОЇ РОБОТИ:

ЗАЛЕЖНІСТЬ ІНТЕНСИВНОСТІ ДИХАННЯ РОСЛИННИХ ПРОДУКТІВ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ

ВИКОНАВ: Горобців. А. Н

ФАКУЛЬТЕТ: ХТіТ

КУРС: 3

ГРУПА: 6

ПРИЙНЯЛА: Волдова. Т. А

МОСКВА 2002

ЗМІСТ:

1. Вступ.

2. Основні процеси і зміни, що відбуваються в продуктах рослинного походження.

3. Процеси і зміни пов'язані з диханням.

4. Зберігання плодів в регульованій газовій системі.

5. Охолоджування і зберігання плодів і овочів в охолодженому стані.

6. Заморожування і зберігання продуктів рослинного походження в замороженому стані.

7. Режими зберігання.

8. Швидке заморожування.

9. Заморожування кліток.

10. Кількість вимерзаючої води.

11. Рекристалізація.

12. Заморожування продуктів бестканевой структури.

13. Водосодержание, теплоємність і теплота замерзання деяких продуктів.

14. Переваги і недоліки.

15. Список літератури, що використовується.

1) Вступ.

У наш складний час, з хворою кризовою економікою збереження харчових продуктів з найменшими витратами і з більшою ефективністю є однією з головних задач.

Структура живлення потребує поліпшення технології зберігання харчових продуктів, але поліпшити структуру живлення не можна за допомогою хладовой обробки, структуру живлення можна лише підтримувати за допомогою хладовой обробки, що дозволяє підняти якість продуктів рослинного походження при зберіганні, і що в свою чергу дозволяє збільшити терміни зберігання продуктів, а так само стабільність зберігання. При холодильній обробці і зберіганні в харчових продуктах відбуваються складні процеси і явища, що приводять до різних змін їх структури. Залежністю інтенсивності дихання рослинних продуктів від температури, і дослідженням впливу охолоджування (заморожування) на харчові продукти я і вирішив зайнятися в даній курсовій роботі.

2) Основні процеси і зміни, що відбуваються в продуктах рослинного походження.

Для розуміння і вдосконалення технологічних процесів холодильного консервування виникає настійна необхідність вивчення змін, що відбуваються в плодах і овочах при зберіганні, в залежності від вигляду продукту, дії фитогормонов, стійкості до фитопатогенним мікроорганізмів і фізіологічних захворювань.

3) ПРОЦЕСИ І ЗМІНИ, ПОВ'ЯЗАНІ З ДИХАННЯМ

Умови холодильної обробки і зберігання плодів і овочів повинні бути такі, щоб знизити до мінімуму інтенсивність дихання, не порушивши при цьому природної течії метаболічних процесів, оскільки тільки продукти рослинного походження з нормальним диханням володіють необхідної лежкоспособностью.

Дихання є основною формою дисиміляції - розщеплення органічних речовин. Це окислювальний процес, при якому споживається кисень і виділяється вуглекислий газ. Обмін вуглекислого газу і кисня відбувається шляхом дифузії через устьица і частково через кутикулу.

Головними дихальними субстрат є вуглеводи, жири і білки. Біля '/з кількості вуглеводів в тканині витрачається при диханні. Жири і білки використовуються в меншій мірі, і їх участь найбільш характерно для сім'я.

Розщепленню макромолекулярних субстрат передує їх гідроліз: поли- і дисахаридов до моносахаридов, жирів до гліцерину і жирних кислот, білків до амінокислот.

Внаслідок реакції гликолиза з моносахаридов утвориться пировиноградная кислота, потім внаслідок окислювального декарбоксилирования пировиноградной кислоти - ацетил-КоА, який є також продуктом послідовного ланцюга перетворень жирних кислот і амінокислот. У цикле Кребса ацетил-КоА зазнає реакцій декарбоксилирования і дегидрирования до повного розщеплення. Що Утворюються в цикле Кребса изолимонная, а-кетоглутаровая і яблучна кислоти є безпосередніми продуктами окислення.

Процеси окислення вельми складні і здійснюються через багатоступінчасту систему специфічних ферментативних реакцій. Окислення може відбуватися безпосереднім приєднанням кисня до дихального субстрат (А+0 → АТ); отщеплением водня від субстрат (АН +Х → А+ХН), при цьому окислення субстрат АН і утворення продукту окислення А відбуваються внаслідок відновлення речовини X; видаленням електрона від зарядженого іона (наприклад, Fe - е →)(Fe). У продуктах рослинного походження відбуваються окислювальні реакції всіх трьох типів, але процеси другого і третього типів переважають, оскільки вони протікають без безпосередньої участі кисня.

У основі сучасних уявлень про механізм окислювальних процесів в біологічних об'єктах лежить теорія Баха-Палладина, згідно з якою дихання клітки можливе лише при наявності активованих форм кисня і водня, що володіють високою реакційною здатністю.

Активація і передача водня дихального субстрат відбуваються за участю ферментів дегидрогеназ, що характеризуються високою специфічністю по відношенню до субстрат, що окисляється. За природою простетических груп дегидрогенази діляться на пиридиновие і флавиновие.

Коферментами пиридинових дегидрогеназ є НАД-никотинамидадениндинуклеотид і НАДФ-никотинамидаденин-динуклеотидфосфат, що виконують функції переносчиков водня. У основі дії пиридинових дегидрогеназ лежить здатність до оборотному гидрированию і дегидрированию пиридинового ядра, вхідного в склад коферментов у вигляді амида нікотинової кислоти-вітаміну РР. Пиридиновие дегидрогенази широко поширені в клітках продуктів рослинного походження і є в буквальному значенні універсальними окислювальними системами.

Флавиновие дегидрогенази мають коферменти, що являють собою нуклеотидние похідні рибофлавіну - вітаміну В. Флавиновие ферменти вельми різноманітні, найбільш численна їх група представлена дегидрогеназами, що є проміжними переносчиками водня в ланцюгу окислення. Дегидрогенази окисляють відновлені пиридиновие основи і передають електрони, що отримуються від них по ланцюгу в напрямі до кисня. Коферментами флавинових дегидрогеназ, або, як їх іноді називають, флавопротеидов (ФП), є флавинмононуклеотид (ФМН) і флавинаде-ниндинуклеотид (ФАД).

Останніми в ланцюгу окислення переносчиками водня звичайно виступають з'єднання, відомі під загальною назвою коензими Q. Етім найменуванням означають ряд речовин, що є нейтральними липидами і що являють собою з'єднання бензохинона з вуглеводневим бічним ланцюгом, який складається з різного числа изопренових груп. Відомі коензими Q з 10, 9, 8 і 7 изопреновими групами.

Будучи здатними оборотно окислюватися і відновлюватися, коензими Q є зв'язуючою ланкою в ланцюгу перенесення електронів від флавопротеидов до цитохромам.

Активація кисня в ланцюгу окислення відбувається під дією численних ферментів (оксидаз), більшість з яких містить як простетических групи железопорфириновий комплекс, будучи Fe-протеидами.

У ланцюгу окислення з оксидаз основну роль грають цитохроми, що складаються з специфічного білка і железопорфирина. Цитохроми здатні оборотно окислюватися і відновлюватися завдяки іонам заліза, вхідного в їх склад. Відновлення окислених цитохромов відбувається внаслідок приєднання електронів KoQ або флавопротеидов. Окислення цитохромов проходить через ланцюг, що перебуває звичайно з чотирьох різних цитохромов. Останнім в ланцюгу є цитохромАз, званий цитохромоксидазой, окислення якого відбувається безпосередньо киснем повітря.

Як відомо, здатність якого-небудь з'єднання приєднувати або віддавати електрони визначається в основному співвідношенням величин окислювальних потенціалів даного з'єднання і з'єднання, з яким воно взаємодіє. Причому реакція проходить тим енергійніше, ніж менше відмінність між потенціалами взаємодіючих речовин.

До окислювального потенціалу дихального субстрат найбільш близькі потенціали, властиві пиридиннуклеотидам, а до потенціалу кисня, що має найбільшу величину,- потенціал цитохромоксидази.

Виходячи з цього, вважають, що перший етап окислення субстрат здійснюється з участю пиридинових дегидрогеназ, другий - флавинових дегидрогеназ, третій - коензима Q. Прічем на цих етапах відбувається перенесення двох атомів водня. Далі має місце перенесення безпосередньо електронів через систему цитохромов на кисень.

Процес окислення субстрат в дихальному ланцюгу супроводиться фосфорилированием АДФ і запасанням енергії в формі АТФ. У ланцюгу окислення є три дільниці фосфорилирования: дільниця окислення флавопротеидов, дільниця переходу електронів від цитохромаВ кцитохрому З і дільниця переходу електронів від цитохромаАк цитохрому Аз (мал. 1).

Кожна з трьох карбонових кислот, що утворюються в цикле Кребса і що є основним субстрат в дихальному ланцюгу, утворить три молекули АТФ.

Акумуляція і виділення енергії, яка по мірі потреби витрачається кліткою, є основним призначенням дихання. Фосфорилирование нерозривно пов'язане з окисленням в дихальному ланцюгу, тому звичайно говорять про процес окисдительного фосфорилирования. Уперше припущення про наявність сполучення між окисленням і

Рис. 1. Схема окислення в дихальному ланцюгу

фосфорилированием і експериментальний доказ цього були дані академіком В. А. Енгельгартом.

Як правило, процеси дихання відбуваються в митохондриях кліток. Кожна стадія дихання здійснюється мультиферментной системою, закріпленою на внутрішній митохондриальной мембрані. Біля 1/4 білків внутрішньої мембрани є ферментами, що беруть участь в перенесенні електронів і окислювальному фосфорилированії. До них відносяться флавопротеиди, цитохроми, ферменти, що беруть участь в освіті АТФ.

Флавопротеиди і цитохроми розташовуються в мембрані у вигляді окремих груп, кожна з яких містить всі необхідні ферменти і функціонує самостійно. Такі групи, звані дихальними ансамблями, рівномірно розподілені по всій площині мембрани. Вони вельми чутливі до дії різних зовнішніх впливів. Під впливом низьких температур, отрут, ионизирууещей радіації порушується цілісність митохондриальних мембран, і в цьому випадку сполучення дихання втрачається, або відбувається роз'єднання дихання. Процеси фосфорилирования більш чутливі. Тому при роз'єднанні дихання окислювальні процеси часто не порушуються, але при цьому енергія окислення не перетворюється в енергію АТФ, а розсіюється в формі тепла.

Роз'єднання дихання являє собою безповоротний процес, що є ознакою загибелі клітки. Однак рослинні тканини внаслідок наявності у них спеціальних приспособительних механізмів здатні перенести несприятливі зовнішні умови.

Дихальні процеси, що протікають в клітках, володіють рядом особливостей, зумовлених тим, що продукти рослинного походження позбавлені стабільної внутрішньої середи, наприклад парциального тиску кисня і вуглекислого газу, температури, і змінюються під дією непостійних

і надто мінливих чинників зовнішньої середи.

Б. А. Рубін вважає, що для структури апарату рослин характерні три принципові особливості:

1. Принцип множинності (мультипринцип) при побудові окислювальних систем, зумовлений тим, що в клітці є, як правило, не один, а декілька ферментів, що виконують одну і ту ж функцію.

2. Полифункциональность каталітичних систем, або наявність ферментів, що володіють не одним, а декількома властивостями.

3. Рассредоточенность (делокализованность) апарату.

Внаслідок цих особливостей процеси окислення біологічних об'єктів можуть здійснюватися різними шляхами, або, як говорять, для рослинних тканин характерна наявність альтернативних механізмів окислювального обміну, що грає виняткову роль як чинник адаптації, що зумовлює здатність тканин зберігатися і нормально функціонувати в умовах мінливої зовнішньої середи, а також при дії різних несприятливих чинників.

Схема окислення дихального субстрат в клітках різних тканин різна і залежить від їх фізіологічного стану і умов існування. Так, в окремі періоди життєвого циклу плодів, наприклад при дозріванні, клітки потребують додаткової притоки енергії. При цьому як додатковий дихальний субстрат використовується янтарна кислота, окислення якої відбувається більш коротким шляхом, минуя НАД, безпосередньо через ФП на КоQ. При цьому сукцинатдегидрогеназа, що відноситься до флавиновим ферментів, суворо специфічна по відношенню до янтарної кислоти. Володіючи здатністю акцептувати водень безпосередньо від субстрат і передавати його наКоQ, сукцинатдегидрогеназа утворить бічний транспортний ланцюг окислення.

Крім того, в клітках є альтернативні окислювальні механізми, створюючі зв'язані ланцюги з флавопротеиновими ферментами і цитохромами. Серед них головну роль грають оксидази, вмісні в молекулі іони заліза або міді.

У групу Fe-протеидов нарівні з флавопротеиновими ферментами і цитохромами входять каталаза і пероксидаза. У проходженні додаткового, альтернативного, шляху окислення особливо велика роль пероксидаз, розкладаючих перекис водня із звільненням активного атомарного кисня. Пероксидази, що зустрічаються в клітках продуктів рослинного походження, вельми численні і окисляють різні речовини, в тому числі практично всі феноли, ароматичні амини і аскорбінову кислоту. Їх активність зростає при зміні умов зовнішньої середи. Так, в паренхимной тканині плодів при знижених температурах зберігання або недостатній забезпеченості киснем відбувається зростання активності пероксидази.

До групи Сu-протеидов відносяться різні полифеноло-ксидази і аскорбиноксидаза. У основі їх дії лежить оборотне окислення одновалентної міді в двовалентну.

Полифенолоксидази являють собою ферменти, що окисляють в присутності молекулярного кисня різні феноли і їх похідні з освітою відповідних хинонов. Полифенолоксидази катализируют пряме окислення субстрат атмосферним киснем і беруть участь в різних окислювальних процесах, в тому числі в окисленні амінокислот, полипептидов, білків і аскорбінової кислоти. Активність полифенолоксидаз зростає при механічному пошкодженні плодів, впливі низьких температур, кристалізації води при заморожуванні і т. д.

Потемніння м'якоті багатьох плодів (яблук, груш, абрикос і інш.), а також бульб картоплі, що спостерігається при розрізанні, очищенні і механічному пошкодженні, відбувається внаслідок зростання активності полифенолоксидаз і порушення координації реакцій окислення і відновлення, внаслідок чого в тканині нагромаджуються стойкоокрашенние продукти.

Аскорбиноксидаза володіє суворою специфічністю по відношенню до субстрат і окисляє l-аскорбінову кислоту, перетворюючи її в дегидроформу. Будучи переносчиком водня, аскорбінова кислота тісно пов'язана з всією системою ферментів, що беруть участь в дихальних процесах.

Полифенолоксидази і аскорбиноксидаза беруть участь в окислювальних процесах на заключному етапі дихання, замінюючи цитохроми.

На мал. 2 показані можливі альтернативні шляхи процесу окислення, які в. рослинних клітках відбуваються різним образом в залежності від видових особливостей тканини, фізіологічного стану даного органу, умов зовнішньої середи і інших чинників.

Різна активність оксидаз в умовах зміненої газової середи представлена на мал. 3.

Найбільша спорідненість до кисня має цитохромоксидаза, її дія виявляється при вмісті кисня в атмосфері всього 1 %. Глибинні шари паренхимной тканини плодів і овочів, для яких характерно знижений зміст кисня, більш багаті цитохромоксидазой, ніж поверхневі.

Рис. 2. Альтернативні шляхи окислення

Ферменти, що беруть участь в альтернативних процесах окислення, локалізовані в різних структурних елементах клітки. Пероксидази, полифенолоксидази, аскорбиноксидаза зосереджені головним чином в цитоплазме; вся система ферментів, що забезпечує окислювальне фосфорилирование, виявлена в ядрах і хлоропластах. Завдяки такий делокализації ферментів дихального ланцюга практично всі структурні становлячі клітки можуть бути джерелами тієї або інакшої кількості енергії і використовуватися нею в залежності від умов зовнішньої середи.

Про характер і інтенсивність дихання судить по кількості вуглекислого газу, що виділяється клітками або по величині дихального коеффициентаДК:

ДК=Vсо, /Vо'гдеVco, Vo-об'єми вуглекислого газу, що виділився і поглиненого кисня.

Величина дихального коефіцієнта визначається передусім хімічною природою субстрат. При окисленні вуглеводів ДК=1в відповідності з сумарним рівнянням окислення глюкози

СНО + 60- > 6СО + 6Н Об + Q.

Число грама-молекул вуглекислого газу, що виділилися дорівнює числу поглинених грама-молекул кисня, а згідно із законом Авогадро грам-молекули всіх газів займають однаковий об'єм.

При диханні число молекул вуглекислого газу, що виділилися дорівнює числу атомів вуглеводу в молекулі субстрат. Тому число використаних молекул кисня на атом вуглеводу в субстрат зростає із збільшенням числа Н-атомів і знижується із збільшенням вмісту Про-атомів в молекулі субстрат.

Якщо субстрат дихання є вищі карбоновие кислоти або амінокислоти, відносно багаті воднем і бідні киснем, то ДK < 1. Для жировДК~0,7, для белковДК~0,8. Як приклад приведемо окислення стеариновой кислоти:

СНО + 26O -»18СО + 18Н ПРО; ДК =18/26 = 0,69.

Якщо дихання відбувається з використанням нижчих ди- і трикарбонових кислот (яблучної, лимонної, винної і щавлевої), багатими киснем, тоДК > 1.

Так, при окисленні яблучної кислоти

СНО + ЗО -» 4СО + ЗН Про; ДК.= 4/3 = 1,33.

Інтенсивність дихання і відповідно величина дихального коефіцієнта молодих тканин, що розвиваються, наприклад меристематических, тканин проростаючого сім'я вище, ніж зрілих плодів. У тканин одного і того ж плоду або овоча інтенсивність дихання периферичних тканин, як правило, вище.

Нижче приведена інтенсивність дихання [в мг СO2/(г*сут)] різних тканин при температурі 15-20 °С.

12,4

69,3

10,6

2,45 11,3 13,8

3,8

Лимон

цілі плоди

шкірка

м'якоть

Картопля

цілі бульби

шкірка

очки,

що покояться м'якоть

При пониженні температури інтенсивність дихання плодів знижується і відповідно дихальний коефіцієнт меншає. Так, по даним Ф. В. Церевітінова, дихальний коефіцієнт для яблук сорту Канада становить 1,14 при 30 °З і 0,88 при 0 °С. У більшості продуктів рослинного походження дихання припиняється при температурі біля -10 °С. У рослин, що переносять в природних умовах суворі зими, дихання відмічається при -20°З і більш низьких температурах.

Дихання залежить від газового складу навколишньої атмосфери. При пониженні концентрації кисня інтенсивність дихання знижується, при збільшенні зростає. Інтенсивність дихання знижується внаслідок збільшення концентрації вуглекислого газу.

Коли вміст кисня в навколишній атмосфері меншає нижче певної межі або при повній відсутності кисня, клітки продуктів рослинного походження переходять до так званого интрамолекулярному або безкисневого дихання, що являє собою в хімічному відношенні бродіння.

Бродіння нарівні з диханням є основною формою дисиміляції речовин в організмі. При диханні сумарний вихід енергії великий, а кінцевими продуктами є неорганічні з'єднання вуглекислого газу і води. При бродінні вихід енергії значно менше, органічний матеріал не розпадається до кінця і нагромаджуються відносно багаті енергією органічні речовини.

Для більшості тканин продуктів рослинного походження характерна здібність до спиртового бродіння, для деяких - до молочнокислому.

Початкові стадії дихання і бродіння однакові, але в анаеробних умовах процес дисиміляції вуглеводів припиняється на стадії гликолиза при молочнокислом бродінні або на стадії освіти ацетальдегида і етанола при спиртовому.

Перехід до интрамолекулярному дихання у рослин може бути частковим, що визначається не тільки складом газової середи, але і фізіологічним станом організму. Так, безкисневе дихання відмічається в період дозрівання плодів. При повній відсутності кисня перехід виключно до интрамолекулярному дихання приводить до загибелі організму, оскільки етанол, що нагромаджується згубно діє на живу клітку.

4) ЗБЕРІГАННЯ ПЛОДІВ В РЕГУЛЬОВАНОМУ ГАЗОВОМУ СЕРЕДОВИЩІ

При зберіганні плодів практично єдиною формою їх взаємодії з навколишнім середовищем є дихальний газообмін. Тому їх життєдіяльність в роцессе зберігання значною мірою визначається складом навколишньої атмосфери. Змінюючи певним чином газову середу, наприклад підвищуючи зміст вуглекислого газу і зменшуючи зміст кисня, можна знизити інтенсивність обмінних процесів в плодах, що зберігаються, для того щоб відділити стан климактерия і старіння плоду. На придушенні життєдіяльності шляхом створення певного складу атмосфери засновано зберігання плодів в регульованому газовому середовищі.

Для паренхимной тканини плодів характерна наявність обширних міжклітинних просторів, заповнених газом. Газовий склад внутрішньої атмосфери плодів встановлюється внаслідок динамічної рівноваги між інтенсивністю споживання кисня і виділенням вуглекислого газу, з одного боку, і швидкістю дифузії цих газів - з іншою. Обмін з навколишнім середовищем відбувається через кутикулу, яка утрудняє циркуляцію газів, внаслідок чого всередині плоду створюється своєрідна газова атмосфера з підвищеним змістом вуглекислого газу і зниженою концентрацією кисня. Характерно, що склад атмосфери в межклетниках неоднаковий: в розташованих ближче до поверхні межклетниках склад атмосфери більш близький до складу навколишнього середовища. Газовий склад в межклетниках у різних плодів розрізнений, змінюється з їх віком і залежить від температури і зовнішньої атмосфери.

Кутикула плодів різних сортів розрізнюється по товщині і складу, внаслідок чого надходження всередину кисня і його концентрація в межклетниках і клітинному соку також варіюються. У зв'язку з цим одні плоди будуть випробовувати нестачу кисня або надлишок вуглекислого газу, тоді як для інших ця ж газова середа виявиться сприятливою.

Кисневий оптимум дихання неоднаковий на різних етапах розвитку плоду, а також зміщається під впливом температурного чинника. При 30 °З оптимальною є 5 %-ная концентрація кисня, при температурі 10 °З і нижче-1 за%-ная. Підвищені концентрації вуглекислого газу особливо сприятливі для затримки обмінних процесів в плодах в постклимактерическом стані.

Отже, склад газової середи при зберіганні плодів повинен бути таким, щоб зберегти нормальний дихальний газообмін, не порушити співвідношення між аеробний і анаеробной фазами дихання при одночасному уповільненні процесів дозрівання. При цьому необхідна правильна кореляція між температурою зберігання, концентраціями вуглекислого газу і кисня в навколишній атмосфері і станом плодів застосовно до даного сорту і з урахуванням місця його зростання, розмірів, міри зрілості, районів вирощування, кліматичних умов року і інших чинників.

При зберіганні, плодів в атмосфері, вмісній підвищені кількості вуглекислого газу, останній проникає в межклетники паренхимной тканини. Завдяки хорошій розчинності вуглекислого газу у водних розчинах і липидах він поступає в клітки і розчиняється в клітинному соку. Вплив підвищеної концентрації вуглекислого газу на метаболізм клітки виявляється передусім в придушенні дихання, що пояснюється дією вуглекислого газу на процес декарбоксилирования яблучної кислоти.

У реакції декарбоксилирования яблучної кислоти до пировиноградной вуглекислий газ є одним з кінцевих продуктів. Тому надлишок його в середовищі зсуває рівновагу реакції вліво, перешкоджаючи розщепленню субстрат. Крім цього вуглекислий газ блокує систему малик-ферменту. Він є також конкурентним ингибитором етилена і гальмує дозрівання плодів.

Вуглекислий газ стимулює біосинтез жирних кислот, що беруть участь в утворенні поверхневого воску, що приводить до зниження проникність кутикули.

Будучи антисептиком, вуглекислий газ затримує розвиток мікроорганізмів на поверхні плодів. Найбільш чутливі до дії вуглекислого газу плесневие гриби.

Однак значне підвищення змісту вуглекислого газу може викликати фізіологічні захворювання.

Допустимі концентрації вуглекислого газу знаходяться в межах 2,5-10 %. При зберіганні плодів в атмосфері з підвищеним змістом вуглекислого газу не рекомендується підтримувати температуру нижче за 2-2,5 °

При зберіганні в зміненій газовій атмосфері на біохімічні процеси в плодах впливають не тільки підвищені концентрації вуглекислого газу, але і знижені концентрації кисня.

При пониженні концентрації кисня до 3-5 % дихання ослабляється, але зберігається його нормальний характер і дихальний коефіцієнт рівний одиниці. При подальшому пониженні вмісту кисня в навколишній плоди атмосфері спостерігаються некомпенсоване виділення вуглекислого газу плодами і порушення нормального процесу дихання.

Вплив зниженого змісту кисня позначається в основному на біосинтезі етилена: плоди перестають синтезувати метионин, що є попередником етилена, що приводить до затримки дозрівання плодів. Знижені концентрації кисня спричиняють ослаблення активності полифенол-оксидази і знижують стійкість плодів до дії низьких позитивних температур.

Таким чином, кожний компонент газової середи надає специфічний вплив на плоди при зберіганні, в той же час вплив на біохімічні процеси в плодах зміненої газової середи більш складний. Характерно, що газові суміші, різні по складу, що використовуються для зберігання плодів, не знижують, а лише відділяють на деякий термін початок клімактеричного підйому дихання: сповільнюються процеси розпаду і витрачання основних запасних речовин в плодах, меншає витрата цукру на дихання, затримується перетворення крохмаля в цукор, гальмується гідроліз протопектина, припиняється зміна кольору, оскільки меншає гідроліз хлорофілу, добре зберігається аромат плодів.

Різні види і сорти плодів неоднаково реагують на газовий склад.

Більш того в залежності від умов зростання один і той же сорт яблук рекомендується зберігати при різному складі газової середи. Так, для яблук сорту Джонатан, вирощених в Швейцарії, оптимальною газовою середою є 4 %-ная концентрація кисня і 3-4 %-ная концентрація вуглекислого газу при 4 °С. Яблоки цих же сорти, вирощені в США, рекомендують зберігати при 3 %-ний концентрації кислсрода і 5 %-ний концентрації вуглекислого газу при 0°З, а вирощені в Голландії-при 13 %-ний концентрації кисня і 7 %-ний концентрації вуглекислого газу при 3,5 °

Розчинність вуглекислого газу в клітинному соку залежить від рН, і ця величина у плодів одного сорту, але різних місць зростання може розрізнюватися на 0,5 і навіть 1.

Мабуть, сорти плодів, в тканинах яких може розчинятися вуглекислий газ у великій кількості, краще переносять зберігання в зміненому газовому середовищі, чому сорту плодів із зниженою розчинністю вуглекислого газу.

5) ОХОЛОДЖУВАННЯ І ЗБЕРІГАННЯ ПЛОДІВ І ОВОЧІВ В ОХОЛОДЖЕНОМУ СТАНІ

Режим зберігання охолоджених продуктів рослинного походження вибирається таким чином, щоб створити умови для збереження їх життєздатності і природного імунітету при максимальному зниженні інтенсивності біохімічних процесів і придушенні розвитку мікрофлора. Як відомо, більшість біохімічних реакцій підкоряються правилу Вант. Гоффа. Для тканин продуктів рослинного походження, величина Q дорівнює 1,8-6,8 і складає для картоплі 1,85, лука репчатого-1,95, капусти белокочанной- 2,18, яблук-2,54, моркви-3,74, чорної смородини-6,77. По величині Q можна судити передусім про інтенсивність зниження окислювальних процесів дихання при зберіганні. Так, з приведених даних видно, що знижені температури сильніше впливають на зниження дихання чорної смородини і моркви, чим яблук і картоплі. Однак по значенню Q важко судити про інші внутрішньоклітинні процеси, що відбуваються в плодах і овочах, не тільки через складність біохімічних реакцій, але і через їх взаємозв'язок зі структурними змінами тканини, неоднозначного впливу знижених температур на клітинні органоиди, окремі компоненти клітки і процеси.

Згідно з дослідженнями Гора залежність інтенсивності диханияРот температуриtв інтервалі від початкової температури продукту до температури зберігання (порядку 1-2 °З) можна виразити експонентною функцією наступного вигляду:

Р=Р exp(kt),

гдеР - інтенсивність дихання при 0°З;k-температурний коефіцієнт интенсивностидихания.

Велічинаkдля плодів кожного вигляду і овочів постійна, по її значенню судять про стійкість до зберігання.

Знижені температури впливають на всі структурні елементи клітки продуктів рослинного походження і передусім мембрани. Потрібно відмітити, що мембрани надзвичайно чутливі до найменших змін зовнішньої середи. При цьому змінюється передусім стан липидов і функціональної води.

Згідно з сучасними уявленнями липиди, що становлять основу мембран, безперервно рухаються, утворюючи так зване липидное море, в якому плавають молекули білка окремо або згруповані в певних поєднаннях. Частина білків в мембрані зафіксована в певному положенні. Тому основними структурними компонентами мембран вважають липопротеиновие комплекси з вбудованими молекулами води. Роль цієї функціональної води особливо велика: утворюючи водневі зв'язки між білками і липидами, саме вона визначає структуру мембран. Крім того, ця вода є активним учасником біохімічних реакцій, що відбуваються в мембранах.

Під впливом знижених температур меншає рухливість молекул липидов і білка молекул, що є однією из' причин зниження швидкості реакцій і порушення структури мембран, а також відбивається на характері процесів, що відбуваються в клітці.

При різкому пониженні температури може статися часткове роз'єднання дихання, внаслідок чого. Зросте тепловиділення. При знижених температурах в клітках продуктів рослинного походження спостерігається розвиток альтернативних окислювальних процесів дихання з участю пероксидази, сукцинатдегидрогенази, полифенолоксидази і аскорбиноксидази. Уповільнення швидкості внутрішньоклітинних реакцій при знижених температурах приводить до зниження інтенсивності дихання. Однак внаслідок випаровування води дихання може зростати. У різних продуктів інтенсивність випаровування вологи залежить не тільки від параметрів охолоджуючої середи, але і від об'єкта. Великі розміри паренхимних кліток і межклетников, незначна товщина покровних кліток, переважно розташованих в один ряд, зумовлюють інтенсифікацію випаровування води тканинами продуктів рослинного походження, особливо овочевих культур.

Основна частина води диффундирует через систему межклетников в напрямі до покровной тканини. Навіть плоди, покриті товстим шаром кутикулярних речовин, наприклад цитрусові, втрачають вологу, що міститься в них внаслідок випаровування.

Випаровування вологи при зберіганні плодів і овочів порушує нормальну течію обміну речовин в тканинах, спричиняє ослаблення тургора і їх в'янення. Внаслідок в'янення прискорюються процеси розпаду речовин, що містяться в клітках, збільшується їх витрата на дихання, порушується енергетичний баланс, що приводить до зниження стійкість плодів і овочів до поразки мікроорганізмами і погіршенню якості.

Під впливом знижених температур змінюються в'язкість і рухливість протоплазми. Як відомо, в'язкість протоплазми кліток продуктів рослинного походження в 12- 20 раз більше в'язкості води і залежить від процесів життєдіяльності клітки. При пониженні температури в зв'язку із зростанням в'язкості може статися порушення структури протоплазми і тим самим життєздатності клітки.

Інтервал температур, в якому життєдіяльність кліток продуктів рослинного походження зберігається, досить широкий. Але для успішного холодильного консервування цей інтервал скорочується: від температури замерзання продукту до 11-12 ° Виключення складають продукти рослинного походження, схильні при знижених температурах до фізіологічних захворювань, наприклад банани зберігають при 11-13 °З, цитрусові-при 3- 4 ° У плодах знижується інтенсивність дихання і віддаляється стан климактерия (мал. 11). З мал. 4 видно, що плоди при знижених температурах зберігаються протягом більш тривалого часу. У плодах повільно збільшується зміст Цукру, знижується зміст органічних кислот, відбуваються процеси, що приводять до поліпшення смаку, аромату, а часто і кольори плоду. До кінця зберігання посилено витрачаються органічні кислоти, вміст їх в тканині знижується. Особливо меншає кількість яблучної кислоти. Внаслідок анаеробного дихання зростає вміст етилового спирту і ацетальдегида. Так, через 7,5 мес зберігання яблук Ренет Симіренко втрати Цукру становили 20 %, органічних кислот - 50 % при одночасному збільшенні вмісту спирту і ацетальдегида в 4-5 раз.

У плодах частково меншає зміст аскорбінової кислоти. Найменші втрати вітаміну З відмічені у цитрусових, причому в м'якоті зміст його практично не змінюється. Чим нижче допустима температура зберігання, тим менше втрати вітамінів.

При знижених температурах зберігання у овочів більшості видів інтенсифікуються процеси розщеплення крохмаля і утворення цукру. У овочевого гороху, квасолі, цукрової кукурудзи і деяких інших культур при зберіганні, навпаки, синтезується крохмаль.

Картоплі особливо властивий вплив температури на спрямованість реакції крохмаль ↔ цукор, що необхідно враховувати при розробці умов його зберігання. При пониженні температури в бульбах відбувається накопичення цукру, а при підвищенні збільшується зміст крохмаля, що пов'язано з активністю ферментів, катализирующих пряму і зворотну реакції і що мають різну оптимальну температуру дії. З пониженням температури зростає розчинність вуглекислого газу у внутрішньоклітинному соку, змінюється рН останнього і зростає швидкість розпаду крохмаля.

6) ЗАМОРОЖУВАННЯ І ЗБЕРІГАННЯ ПРОДУКТІВ РОСЛИННОГО ПОХОДЖЕННЯ В ЗАМОРОЖЕНОМУ СТАНІ

Основними чинниками, що визначають міру оборотності заморожування, є характер кристаллообразования і локалізація льоду.

Як правило, перші кристали льоду утворяться в межклетниках. При пониженні температури нижче за точку замерзання водяна пара у великих межклетниках починає конденсуватися у вигляді капельок води на прилеглих клітинних стінках. Ця вода і перетворюється в першу мікроскопічну кристалик льоду. Ці кристалик лъда розповсюджуються по межклетникам, обволікаючи стінки кліток. Кристалик бувають у вигляді лінз або розгалужених кристалів, що розростаються між клітками епидермиса і паренхими. Далі зростання кристалик відбувається за рахунок води, що міститься в. клітках, що пояснюється різницею між тиском пари всередині клітки і поза нею. Активність протікання цього процесу залежить від хімічного складу, проникності клітинних стінок, вмісту вільної води в клітці, в'язкості протоплазми, індивідуальних особливостей тканини, міри загартування і інш.

Внаслідок дегідратації температура замерзання що міститься кліток знижується. При пониженні температури в клітках спочатку наступає стан переохолодження, а потім в них спонтанно виникають центри кристалізації, що приводять до утворення внутрішньоклітинного льоду.

При пониженні температури в'язкість протоплазми зростає внаслідок об'єднання окремих білків в довгі ланцюги, створюючі, трьохмірну сітчасту структуру. Протоплазма внаслідок скріплення води переходить в гелеобразное стан.

При дозріванні плодів відбувається перетворення протопектина, вхідного до складу стінок кліток. Пектин, що Утворюється володіє високими гидрофильними властивостями: він зв'язує великі кількості води і сприяє утворенню гелеобразной структури, що позитивно позначається на оборотності процесу заморожування. У недозрілих плодах міститься більше вільної води і відбувається в основному внутрішньоклітинна кристалізація, що приводить до загибелі плодів.

Клітки листової тканини оточені оболонками, що складаються з одного шара стінок, тому ця тканина зазнає руйнівного впливу негативних температур.

Крохмаль, що Міститься в овочах впливає певний чином на характер кристалізації. Багато які овочі, наприклад лук, картопля, покриті щільною природною оболонкою, що сприяє переохолодженню, тоді як інші, наприклад капуста белокочанная, що не має подібної оболонки, не переохолоджується, що пояснюється наявністю великих межклетников і великим змістом вільної води.

У бульб картоплі в стані спокою підвищується газово-і водопроницаемость покровних тканин, що зумовлює велику імовірність позаклітинної кристалізації льоду.

Процес заморожування, зокрема позаклітинна кристалізація, залежить від холодостойкости і міри загартування продукту даного вигляду.

При пониженні температури тканин меншає кінетична енергія молекул, підвищується в'язкість внутрішньоклітинної рідини, меншають розчинність газів і дифузія речовин, що в сукупності приводить до зниження швидкості хімічних реакцій. У рідкій фазі відмічається підвищена концентрація електролітів, серед яких інтерес представляють хлористі солі натрію, амоній, калію і органічних речовин (цукру, нуклеотидов і низкомолекулярних білкових з'єднань). Концентровані розчини агресивні по відношенню до білок, передусім ферментам. Тому, незважаючи на зниження кінетичної енергії і обмеження можливості дифузії, деякі ферментативние реакції в заморожених тканинах можуть прискорюватися або буде змінюватися їх течія. Заморожування діє передусім на липопротеиновие комплекси. Розрив водневих зв'язків в сукупності з підвищенням іонної сили внутрішньоклітинних розчинів приводить до руйнування комплексів.

З ферментів легше за інших ушкоджуються ті, які утворять складні мультиферментние системи, локалізовані на внутрішніх мембранах органоидов клітки: ферментні системи дихального ланцюга і окислювальний фосфорилирования митохондрий. При цьому порушуються координація і сбалансированность окремих реакцій, а також їх синхронность. Відбувається роз'єднання процесів дихання (окислювального фосфолирирования), що виражається у втраті організмом основних життєвих функцій, а саме дихання і здібності до генерації енергії.

У вакуоли локалізована инвертаза, особливістю якої є активність в широкому діапазоні рН (3,0-7,5). Тому зміна кислотності середи при заморожуванні не знижує її активності. Инвертазой реакції, що Активуються зумовлюють накопичення цукру в замороженій тканині.

Збереження активності пектолитических ферментів сприяє підвищенню гидрофильних властивостей колоїдів і зменшенню міри пошкодження стінок.

Каталаза і пероксидаза катализируют дегидрирование фенолів, аминов, флавонов і амінокислот. Їх дія іноді є причиною появи у заморожених плодів і овочів стороннього присмаку. З цих ферментів пероксидаза більш стійка до дії негативних температур.

Існують і такі ферменти, активність яких підвищується при заморожуванні. До них відносяться полифенолоксидаза і липолитические ферменти. Дія липази виявляється навіть при температурі -40 ° Так, в яблуках їх активність приводить до розм'якшення тканини.

7) РЕЖИМИ ЗБЕРІГАННЯ

Для кожного виду продукції розроблені оптимальні режими зберігання (табл. 1(а)). Температуру і вогкість повітря в сховищах вимірюють психрометром Серпня. У невеликих підвалах його розміщують в середній частині проходу на висоті 1,5 м від підлоги. У льохах і сховищах, видалених від житла, повинне бути чотири-п'ять таких психрометров. Їх розташовують в середині, в кінці (на відстані 1 м від підлоги) і під ковзаном.

РЕЖИМ ЗБЕРІГАННЯ ОВОЧІВ І КАРТОПЛІ

Продукція

Тсмпсретура, °З

Относитсяьн»» вогкість повітря», %

Тривалість зберігання, мес

Томати:

зелені

12...15

85-90

1-2

рожеві

8...IO

85-90

До I

червоні

0...2

85-90

До 0,5

Перці

8...IO

90-95

До 0,5

Баклажани

7...10

90-95

0,5-0,7

Морква

1...0

90-95

4-7

Буряк

0...1

90-95

- 8-10

Редиска

0

90-95

До 1

Петрушка

0...2

95

2-2,5

Селера

- 0.5...0

90-95

2-4

Лук (репчатий)

- 3...0

70-80

6-8

Лук-перо

0

90-95

До 1

Часник

- 3...0

70-80

6-8

Картопля

4...5

90-95

7-8

Таблиця 1(а).

Восени, коли температура повітря буває підвищеної, на ніч для створення протягу відкривають всі вікна, витяжні труби, люки, двері, а днемихзакривают, щоб зберегти запас холоду. Іноді в льохах відмічається висока вогкість повітря. Її ознаками служать затхле спертий повітря, відчуття сирості, поява плісняви і конденсованої вологи на стелі, стінах, стелажах, ящиках.

Щоб знизити надмірну вогкість повітря, одночасно відкривають двері і віддушини. Можна поставити в підвал ящик з негашеним вапном, сольюилидревесним вугіллям - ці матеріали вбирають воду.

При похолоданнях втеплюють дах. З грудня наступає небезпека промерзания сховища. До цього часу дверей, а при необхідності і стіни оббивають матами і рогожею. Вентиляційні труби, крім потрібних для роботи, щільно закривають соломою або іншими матеріалами.

8) ШВИДКЕ ЗАМОРОЖУВАННЯ

Мета швидкого заморожування, як і будь-якого іншого консервуючого процесу, звести на немає або, принаймні, вповільнити реакції, погіршуючі якість продуктів і в кінцевому результаті що роблять їх непридатними до вживання.

Практично можна говорити тільки про те, що ж переважає у вживаному процесі. По цій вирішальній дії або характеру процесу його відносять до тієї або інакшої групи.

Будь-який процес консервування тим краще, ніж менші зміни він викликає в продуктах в порівнянні з їх первинними властивостями і чим більш тривалий термін зберігання він забезпечує. У цей час з вживаних в промислових масштабах методів консервування продуктів процеси холодильної обробки і заморожування краще усього задовольняють згаданим вище вимогам, оскільки, з одного боку, вони по відношенню до інших процесів консервування викликають більш слабі зміни властивостей продуктів, а з інший-забезпечують досить довгу для практичних цілей сохраняемость їжі.

Процес консервування шляхом холодильної обробки поміщається особливу ще і тому, що після охолоджування або заморожування продукти можна зберігати за допомогою будь-якого іншого процесу консервування і, навпаки, продукти, законсервовані за допомогою інших методів, зберігаються довше усього тільки в охолодженому стані;

Процеси, погіршуючі якість продуктів, або процеси, що приводять в кінцевому результаті до їх псування, розвиваються в комплексних умовах. Розрізнюють фізичні, біохімічні і біологічні процеси псування продуктів. Холодильна обробка незалежно від характеру продукту, що обробляється діє на ці процеси з певною закономірністю.

З фізичних процесів псування до самим основним відносяться процеси усихання продуктів або втрати маси. Вони викликають не тільки кількісні зміни (зменшення маси), але і можуть привести до погіршення якості. Втрата маси продуктів підлегла наступній закономірності:

ΔS=Βa(Рп-φ)(р)

де Δ S - кількість води, що втрачається продуктами за одиницю часу, г/ч; Β - коефіцієнт випаровування води, г/(Н-ч); А-площа поверхні продуктів, м2;

рп- тиск водяних пар при температурі поверхні продуктів, Па; φ - відносна вогкість повітря у вигляді десятеричного дробу; р-тиск насичених водяних пар при температурі навколишнього середовища, Па.

При даній поверхні продуктів і даній величині коефіцієнта випаровування втрата маси залежить від величинPп,φ р ир. Якщо одні і ті ж продукти з рівноважним паросодержанием, наприклад 95%, зберігати при різних температурах в приміщенні з відносною вогкістю 80%, то величина Рп-φ рбудет змінюватися таким чином (при умові, що температура продуктів рівна температурі навколишнього простору):

Температура,

˚З

40

30

20

10

0

-10

-20

Рп-φ р

10.8

4.9

2.7

1.3

0.69

0.29

0.11

Таким чином, при інших рівних умовах втрата маси при температурі 40° З приблизно в 100 раз більше, ніж втрата маси при -20° З, т. е. низькі температури значно зменшують міру усихання продуктів.

Ми говорили вже про те, що втрату маси можна зменшити за допомогою відповідної упаковки, але навіть в цьому випадку залишається явище так званої внутриупаковочной втрати маси.

Біохімічні процеси псування грають виключно важливу роль. Сюди відносяться викликані ферментами катализние процеси розпаду, включаючи навіть мікробіологічні процеси псування, оскільки ясно, що і ці процеси при найближчому розгляді також носять біохімічний характер. При високих температурах хімічні зміни речовини проходять дуже швидко, а швидкість реакцій висока, при низьких температурах ці зміни часто ледве помітні. Пониження температури приводить до уповільнення постійних хімічних реакцій, т. е. до зменшення їх швидкості. Цей факт виражається законом Арреніуса, який зв'язує абсолютну температуруТи логарифм коефіцієнта хімічної реакції наступним співвідношенням:

logK=a-b/ Приведене співвідношення дає можливість ви- i рахувати швидкість хімічної реакції при будь-якій температурі. На основі цих розрахунків і експериментальних даних можна зробити висновок, що швидкість найбільш простих (мономолекулярних,;

бимолекулярних) реакцій при підвищенні температури на 10° З збільшується в 2-3 рази і відповідно пониження температури на 10° З зменшує її до половини або до однієї третини. На основі такої закономірності легко бачити, що швидкість хімічних і біохімічних реакцій сильно сповільнюється з пониженням температури. Передбачимо, початкова швидкість якої-небудь реакції v при пониженні температури на 10° З поменшала до '/з своєї величини, т. е. стала рівна v/3. Якщо температура поменшає тепер ще на 10° З, то швидкість стане рівній вже v/(3-3)=v/32начальной швидкості.

Міркуючи подібним образом, побачимо, що швидкість меншає згідно з статечним законом:

v/33, v/3...v/з.

Показник степениправен десятої частини різниці температур реакції. Наприклад, якщо швидкість реакції при 40ْ З рівна v, то при температурі -20° З вона складе вже v/729.

Цікаво, однак, помітити, що біохімічні реакції проходять на основі цього закону навіть при дуже низьких температурах, тільки їх швидкість стає виключно малою.

Міра зниження швидкості біохімічних реакцій при зменшенні температури на 10°З, слідуючи ван Гоффу, прийнято означати

Qio. Мірою Qio прийнято, однак, описувати зниження швидкості не тільки якої-небудь однієї певної реакції. Цю величину використовують також для характеристики зниження швидкості всієї сукупності біохімічних реакцій загалом. Наприклад, оскільки сохраняемость залежить головним чином від дії сукупності біохімічних реакцій, то термін зберігання також може характеризуватися величиною Qio.

Куприянов встановив для різних видів їжі збільшення часу її сохраняемости при зміні температурина10° тривалість зберігання при t=10°З; - тривалість зберігання приtС.

Як встановив Купріянов, при низькотемпературній зберіганні бистрозамороженних овочів величина Qio рівна 2, нежнрной риби-3,1, а птахи-4.

Цікава картина виходить, якщо термін зберігання якого-небудь продукту, визначений різними авторами (наприклад, тривалість зберігання яловичини або свинини), відкласти на графіку залежність від температури в температурній області нижче і вище точки замерзання (мал.).

Проробивши відповідні розрахунки для значення Qio в області температур вище і нижче точки замерзання, ми отримаємо наступні величини:

Qio=3,85

Qio=5,5

Qio=4,16 Qio=4,85

Яловичина вище за точку замерзання » нижче » »

Свинина вище за точку замерзання » нижче » »

Видно, що при температурах нижче за точку замерзання тривалість зберігання збільшується швидше при зменшенні температури, чому в температурній області вище за точку замерзання. Таким чином, після переходу через точку замерзання не тільки меншає швидкість біохімічних реакцій, але набирає чинності і нового чинника, що впливає на подовження терміну сохраняемости продуктів. Таким чинником є вимерзання води, що знаходиться в продуктах (табл.).

Зниження температури надає багатосторонній і комплексний вплив на біологічні процеси. Нижче ми будемо розглядати це питання більш детально. Зараз тільки помітимо, що застосування низьких температур приводить до припинення і уповільнення біологічних процесів. З іншого боку, при низьких температурах ці процеси можуть припинитися взагалі, що викликає іноді шкідливі, а іноді корисні зміни.

Під час швидкого заморожування таких влагосодержащих речовин, як харчові продукти, значна частина води стає льодом. Тому застосування низьких температур в подібних процесах консервування обов'язково супроводиться явищем замерзання. Слідує, однак, згадати, що все-таки є і такі процеси, де застосування низьких температур не супроводиться вимерзанням вологи з продукту, що обробляється. Явище вимерзання вдається виключити, коли точка заморожування продуктів сильно знижується за допомогою введення в них яких-небудь речовин, наприклад, цукор або солі. Тоді температура зберігання може бути нижче за температуру замерзання. Інший приклад том-наявність пов'язаної води в матеріалі, що піддається процесу швидкого заморожування. Пов'язана вода не вимерзає навіть при дуже низьких температурах, наприклад навіть при вимерзанні бактерійних спор. Оскільки процес замерзання звичайно грає важливу роль при швидкому заморожуванні продуктів в зміні їх якості, ми познайомимося з ним більш детально.

9) ЗАМОРОЖУВАННЯ КЛІТОК

Як тварини, так і рослинні клітки можна заморозити і в живому, і в мертвому стані. Заморожуються окремі клітки в суспензії і клітки, створюючі структуру тканин. Однак для всіх цих випадків можна встановити і однаково справедливі загальні закономірності.

Як відомо, хімічний склад кліток складений. З точки зору заморожування головну роль грає поведінка клітинних білкових з'єднань. Завдяки своїм фізичним властивостям білки відносяться до колоїдів. Розчиняючись у воді, вони утворять гидрогели і гидрозоли. Та частина води, активність якої в гидрозолях і гидрогелях нижче нормальної, називається пов'язаною водою, а інше водосодержание-вільною водою. Під дією таких зовнішніх впливів, як зміна температури, золи переходять в гели і навпаки.

Зміни в клітках при їх охолоджуванні починають відбуватися вже поблизу точки замерзання. В'язкість клітинної протоплазми зростає, утвориться гель, а ті, що містяться в клітках липиди вимерзають. Істотні зміни, однак, починаються після замерзання деякої кількості води клітинної вологи. Замерзання клітинного колоїду звичайно починається так само, як і замерзання істинного розчину. Тут також виникає явище пониження температури замерзання, а з колоїдного розчину вимерзає тільки чиста вода. Внаслідок вимерзання води залишкова концентрація розчину зростає, і температура його замерзання подібно істинному розчину меншає. Чим нижче температура кліток, тим більше з них вимерзає води, але завдяки колоїдному характеру системи пов'язана вода звичайно не замерзає. Так, по даним Морана, в 2%-ном розчині желатину приблизно 35% води не виморожувати навіть при температурі рідкого повітря (-196° З).

На мал. температураtсоответствует точці замерзання. Її значення залежить від концентрації розчинених в клітинній волозі речовин. При пониженні температури і подальшому відборі тепла деяка частина води клітинної вологи вимерзає, але життєздатність організму поки не змінюється і не зникає. Це явище справедливе навіть для самих загальних випадків. Такий стан продовжується до температуриt.

Говорячи про вимерзання води на участкеt1, ми мали на увазі біохімічно (і навіть біологічно) вільну воду. На цій дільниці швидкість замерзання не грає особливої ролі. Трапляється навіть так, що при повільному замерзанні біологічна оборотність виявляється кращою і більша кількість кліток залишається в живому стані. Після відтанути клітинний обмін речовин знов поновлюється. Тут, однак, стає важливим чинник часу, протягом якого клітки знаходилися при температурі t1 доtг, і те, яким чином відбувався відтанула. Значення температури t2, або межі біологічної оборотності, неоди- наково для різних кліток і клітинних структур. Біологічна оборотність при заморожуванні або повне відновлення життєвих функцій після заморожування характерно тільки для деяких порід риб (карасів), деяких рослин і звичайно структур більш низького порядку і організації.

При охолоджуванні нижче за температуриt2процесс вимерзання води продовжується і, хоч клітки і клітинні структури відмирають,

вола вимерзає з колоїдного розчину оборотним образом Вимерзла кількість води до температуриt3полностью представлена колоїдно вільною водою. У фруктів температуриt2иt3находятся звичайно дуже близько один від одного, т. е. припинень життєдіяльності практично супроводиться настанням колоїдної безповоротності процесу. Нижче за температуру tз починає замерзати пов'язана колоїдна вода. Колоїдні частинки які до цього були надійно відділені один від одного оболонкою гидратов, тепер можуть зближуватися настільки, що різні сили тяжіння склеюють мицелли. Вивільнені зв'язки, на яких раніше знаходилися молекули води, тепер діють один на одну так, що при взаємодії деяких головних з'єднань колоїдних частинок можуть статися хімічні зміни і колоїд може денатурироваться. Якщо пізніше до місць цих зв'язків підійдуть молекули води, то вони не зможуть взаємодіяти з ними. Дослідження Ріделя показали, що навіть якщо температура кліток знизиться нижче за температуриt3, то і тоді вся вода не вимерзне з розчинів, т. е. воду, що міститься в клітках неможливо виморожувати повністю.

Линг (1968) пояснює стан пов'язаної води наявністю на¦ молекулярній поверхні речовини, створюючої колоїдний розчин, багатошарового поляризованого покриття з водяних молекул (мал.). Властивості поляризованих водних молекул (їх точка замерзання, здатність розчиняти різні речовини і т. д.) відрізняються від властивостей нормальних неполяризованих молекул. Можна передбачити, що повне влагосодержание живих кліток складається саме з таких поляризованих молекул.

Зменшення оборотності колоїдів по мірі вимерзання води веде до ущільнення залишкового розчину. Водні розчини, створюючі клітинну вологу, в залежності від вигляду продуктів соРис.

91. Розташування шарів поляризованих молекул води між молекулами білка. Риски всередині гуртків, вказуючих молекули води, показують напрями дипольних моментів.

Рис. 92. Вплив температури на оборотність замерзання. Крива / показує, що зменшення температури і збільшення швидкості замерзання сприятливо діють на оборотність, а крива // показує, що зниження температури внаслідок концентрації клітинної вологи діє на оборотність несприятливим образом. Характеризуючий сумарний вплив цих процесів крива /// виходить суперпозицією кривих/і//.

тримають солі, кислоти, цукор, колоїдні білки і т. д. Концентрація створюючих електроліти або солей, що знаходяться в диссоциированном стані і кислот викликає коагуляцію або денатурирование білків.

Під час заморожування недостатньо амортизованих систем може змінюватися величина рН. Так, наприклад, рН овочів:

при заморожуванні може меншати, а рН м'яса збільшуватися. Ці дані вказують на те, що під час заморожування величина рН може досягнути изоелектрической точки випадання білків або наблизитися до неї. Изоелектрическая точка глютенина і яєчного білка при рН 4,8, оксигемоглобина-при рН 6,8. З іншого боку, звідси слідує, що шляхом належної фіксації величини рН можна уникнути виділення білків. Останнє вдалося підтвердити експериментально заморожуванням м'яса з фіксованим значенням рН 6,3, після відтанути якого втрата соку, що характеризує міру денатурирования білків, виявилася дуже малою.

10) Кількість вимерзаючої води. Вимерзання води з рослинних і тваринних кліток починається при температурі їх замерзання. По мірі відбору тепла вимерзає все більше води, а концентрація розчинених в клітинній волозі речовин збільшується. Після досягнення певної точки знижувати температуру далі марно, оскільки вода з кліток більше не вимерзає. Деяка її кількість навіть при дуже низьких температурах залишається в рідкій фазі. З допомогою сучасного диференціального термоанализа Дакуорт (1971) встановив кількість невимерзающей з продуктів води при температурі -180° З (табл.).

Наявність в продуктах невимерзшей води, що знаходиться в рідкому агрегатному стані навіть при дуже низьких температурах, вказує на той факт, що активізація деякої частини водосо-держания кліток сильно утруднена. Незалежно від того, викликається такого роду зв'язаність утворенням поляризованої багатошарової «шуби» молекул води або водневими зв'язками, її енергія досить велика. По даним Оленева і Чижова (1973), енергія зв'язку слабосвязанной води крохмаля становить 155 кДж/кг, енергія проміжних зв'язків-155-655 кДж/кг, енергія зв'язку сильно пов'язаної і не вимерзаючої навіть при дуже низьких температурах води складає більш ніж 655 кДж/кг. Якщо пригадати, що питома теплота випаровування води 2345 кДж/кг, то ці величини представляються не такими уже малими.

Згідно Дорсею, навіть в чистому льоду залишається невимерзшая рідка фаза, яка покриває кристалик льоду плівкою завтовшки приблизно 8 мкм.

11) Рекристалізація. Як виявляється з викладеного вище, замерзлі клітки і тканини містять кристалик льоду різних розмірів і незамерзшую воду в рідкому агрегатному стані, т. е. певний розчин. Наявність кристалик різної величини пов'язана з різницею швидкостей замерзання продуктів шарів кліток, що знаходяться на неоднаковій глибині від поверхні, вмісних воду. Ця гетерогенна система кристалик різної величини слабо стійка. Вона постійно змінюється у бік зменшення числа кристалів льоду і збільшення об'єму кристалів. Процес рекристалізації, по наших сучасних уявленнях, продовжується більш або менш тривалий проміжок часу до температури -30° Перша причина полягає в тому, що парциальное тиск водяних пар над дрібними кристалик льоду вище, ніж над великими. Внаслідок різниці тиску водяних пар молекули води постійно сублімують з дрібних кристалик і осаждаются на великих.

Друга причина-безперервне коливання температури зберігання продуктів. Оскільки температура плавлення дрібних кристалик нижче, ніж великих, при невеликому підігріванні вони подтаивают насамперед. Вода, що Утворилася від їх танення при наступному за невеликим підвищенням температури охолоджуванні намерзає на невелику кристалик, збільшуючи тим самим їх розміри.

Рекристалізація сильно сповільнюється при пониженні температури зберігання. Різниця тиску пари над дрібними і великими кристалик при температурі -25°З становить тільки '/4 різниці тиску при температурі -10° С. Кроме того, коливанню температури продуктів біля 0,05° З, яке виникає внаслідок коливань температури сховища на 1° З, при охолоджуванні до -10° З відповідає зміна агрегатного стану, т. е. розплавлення або замерзання приблизно 0,04% води, а при охолоджуванні до -25° З агрегатний стан змінюють всього 0,005% води.

На досвіді добре видно, як різниця в числі і розмірах кристалик льоду у швидко і повільно заморожених продуктів поступово зникає при зберіганні.

Дуже цікавими представляються з цієї точки зору дослідження Нотеварпа, який вимірював розміри кристалів льоду в замороженій з різною швидкістю трісці через різні проміжки зберігання при температурі -20° С. Напрімер, через 2,5 ч після заморожування (крива а на мал.) середні розміри кристалів становили 250 мкм. Після 5-місячного зберігання при температурі -20° З вони збільшилися до 480 мкм (крива ///). З малюнка видно також, що до 480 мкм кристали зростають через 8 ч після заморожування (крива b).

12) Заморожування продуктів бестканевой структури. До цієї групи можна віднести продукти, які поводяться як справжні розчини, наприклад процеженние, осветленние фруктові соки і широке коло продуктів від молока до хліба, які виявляють властивості колоїдних розчинів або гелей.

На фруктові соки, кофейні екстракти і т. д., які можна вважати справжніми розчинами, заморожування (утворення льоду), не впливає ніякого чином. Після заморожування, зберігання і відтанути якість продуктів повністю зберігається. Зовсім інше положення виникає тоді, коли метою заморожування є згущення, кріогенне концентрування. У цьому випадку виключно важливим з точки зору наступних фаз технології, розділення концентрата і кристалів льоду стають їх відповідні розміри, а в деяких аспектах' і правильний напрям кристаллообразования.

Розділення полегшується, а втрати речовини меншають, якщо в процесі заморожування, проведеного з метою криоконцентри-рования, в розчині утворяться великі кристали. У цьому випадку питома поверхня льоду меншає, а означає, і стає меншою кількість пов'язаного внаслідок адсорбції і важко віддільного концентрата.

Для полегшення відцентовий розділення в процесі Крау-зе-Линде звичайно прагнуть отримати зростання кристалів в радіальному напрямі перпендикулярно осі речовини, що складається з льоду і концентрата.

Зворотне положення виникає при виробництві мороженого, коли істотно, щоб кристали льоду, що утворюються мали як можна менші розміри і давали при споживанні бажану «гладку» консистенцію. Ця мета досягається не тільки за допомогою швидкого заморожування, але і шляхом застосування різних емульгаторов (яєчний жовток, желатин, агар і т. д.), які при змішуванні сприяють утворенню дрібних крижаних кристалів.

Можна ще також згадати про те, що під час лиофилизації розчинів велику роль грають розміри кристалів льоду, виникаючих при заморожуванні перед проведенням основної операції. Згідно з експериментальними даними, освіта як дуже великих, так і дуже маленьких кристалів не сприяє високоякісному проведенню технологічного процесу, оскільки маленькі кристали утрудняють сублімацію водяної пари, а великі після свого зникнення залишають багато небажаних пустот.

Переважаюча більшість належних до цієї групи продуктів є колоїдними розчинами або гелями. Вивченням зміни структури колоїдів при заморожуванні задалося багато дослідників. Сучасна точка зору на цей рахунок може бути сформульована таким чином.

Колоїдні розчини під дією заморожування страждають переважно від безповоротних, але частково і від оборотних фізичних змін. Такими змінами може бути дезагрегация, а іноді і агрегация колоїдних частинок.

У рідких розчинах наступає головним чином дезагрегация, а в концентрованих розчинах - агрегация частинок. Встановлено також, що однополярние колоїди при заморожуванні в неполярних розчинниках агрегируют, а в полярних розчинниках дезагрегируют. Дезагрегация оборотна.

Гетерополярние колоїди в полярних розчинниках можуть покаазать обидва цих фізичних зміни. Агрегация виникає під дією сил Ван-дер-Ваальса, а дезагрегация - під дією ктростатических і дипольних сил. У продуктах колоїдного актора має місце звичайно процес агрегації. Однак в той час збільшення активності ферментів при заморожуванні пояснюється явищем дезагрегації.

13. Водосодержание, теплоємність і теплота замерзання деяких продуктів.

Водосодсржание, теплоємність і теплота замерзання деяких продуктів

Теплоємність

Продукт

Водосо-Держание,

%

Теплота замерзання або плавлення

вище за точку замерзання

нижче за точку

замерзання

са

кДж/(кг*До)

ккал/(кг*град)

кДж/(кг*До)

ккал/(же/(кг)

ккал/(кг)

Яблука

83

3,85

0,92

1,76

0,42

280,52

67.

Банани

75

3,35

0,80

-

-

251,21

60

Птах

173

2,93-3,18

0.70-0,76

1,68

0,40

247,02

59

Вино

-

3,77

0,90

-

-

-

-

Картопля

74

3,35

0,80

1,76

0,42

242,83

58

Лимони

83-89

3,85

0,92

1,93

0,46 276-297

66-71

Цукор

0,1

-

-

1,26

0,30

-

Черешня

82

3,64

0,87

1,84

0,44

276,33

66

Горіхи

7,2

1,05

0,25

0,92

0,22

37,68

9

Агрус

90

3,85

0,92

1,93

0,46

301,45

72

Морожене

40-65

3,27

0,78

1,88

0,45

217,71

52

Часник

91

3,89

0,93

2,01

0,48

305,64

73

Кавуни

89

3,85

0,92

1,93

0,46

297,26

71

Риба

жирна

60

2,85

0,68

1,59

0,38

209,34

50

худа

73

3,43

0,82

1,80

0,43

255,34

61

Телятина

63

2,95

0.70

1,60

0,40

209,34

50

Яловичина

худа

72

3,25

0,78

1,76

0,42

234,46

56

угодована

51

2,55

0,61

1,49

0,36

171,66

41

Свинина

угодована

39-46

2,13

0,51

1,34

0,32 129-154 31-37

Бобові

89

3,85

0,92

1,97

0,47

297,26

71

Савойська ка

91

3,89

0,93

3,01

0,48

305,64

73

пуста

Груші

83

3,85

0,92

1,76

0,42

280,52

67

Маргарин

18-18

2,72-2,93

0,65-0,70

1,47

0,35

-

-

Апельсини

84

3,85 -

0,92

1,84

0,44

284,70

68

Персики

87

3,85

0,92

1,72

0,41

293,08

70

Томати

94

3,89

0,93

2,05

0,49

314,01

75

Сир

нежирний

53

2,85

0,68

1,68

0,40

175,85

42

жирний

35-50

1,88-2,51

0,45-0,60

1,26

0,30 108 -155 26-37

Морква

83

3,64

0,87

1,88

0,45

276,33

66

Пиво

89-91

3,77

0,90

-

-

301,45

72

Спаржа

94

3,89

0,93

1,97

0,47

314,01

75

Сало.

2,30

0,55

1,30

0,31

71,18

17

Ожина

90

3,85

0,92

1,97

0,47

299,78

72

Виноград

81

3,68

0,88

1,88

0,45

263,77

63

Молоко

88

3,94

0,94

2,51

0,60

293,08

70

Зливання, кошторис

59

3,56

0,85

1,51

0,36

196,78

47

на

Морських раків

77

3,39

0,81

1,80

0,43

259,58

62

Тісто

-

1,88

0,45

-

-

-

-

Яйця

70

3,18

0,76

1,68

0,40

234,46

56

Сир

80

2,93

0,70

1,88

0,45

-

-

Масло

14-15

2,51-2,68

0,60-0,64

1,26

0,30

-

-

14. Переваги і недоліки.

Тут можна відмітити, що для кожного продукту є свої режими охолоджування

(заморожування) при яких цей продукт пробуде без значної зміни

своєї структури. Наприклад, при заморожуванні харчових продуктів бестканевой

структури, таких як осветленние фруктові соки і широке коло продуктів

від молока до хліба, які виявляють властивості колоїдних розчинів або

гелей заморожування не впливає ніякого чином, після заморожування,

зберігання і відтанути якість продуктів повністю зберігається. На відміну

від харчових продуктів бестканевой структури продукти, ті, що мають тканинну

структуру мають здатність окислюватися, розвивати мікрофлора, що приводить

до небажаних змін в структурі продуктів, а в свою чергу це

приводить до псування продукту. Так само потрібно враховувати час в течії, якої

той або інакший продукт охлаждаться (заморожується), важливо враховувати

тривалість зберігання, адже при зберіганні відбувається випаровування харчових

продуктів. Велику роль грає початковий стан харчових продуктів

харчування. Швидкість охолоджування (заморожування) впливає на початковий стан

кристалів перед тим як продукт буде вміщений в сховищі, кожному продукту

відповідає своя швидкість охолоджування (заморожування) яка формує

розмір кристалів так щоб вони не ушкоджували тканинну структуру продукту

і що в свою чергу впливало б на більш довгий термін зберігання.

15. Список літератури, що використовується.

1) Е. Алмаши, Л. Еделі, Т. Шарой "Швидке заморожування харчових продуктів"

2) Н. А. Головкин "Холодильна технологія харчових продуктів"

3) А. Ф. Намесников "Консервування плодів і овочів в домашніх умовах"